2022年光電子復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)

1、光電子復(fù)習(xí)知識(shí)點(diǎn)一、光輻射、發(fā)光源與光傳播基本定律1. 電磁波譜與光輻射；電磁波的基本特性 : 1. 橫波 2. 偏振 3.E.H 相位相同2 輻射度學(xué)與光度學(xué)基本知識(shí) , 掌握概念、單位 、意義 ；并能夠根據(jù)題意求解。輻射能、輻射通量、輻射出射度、輻射強(qiáng)度、輻射亮度、輻射照度輻射能： (Radiant energy)定義：輻射能簡(jiǎn)稱(chēng)輻能，描述以輻射的形式發(fā)射、傳播或接收的能量 .單位 : 焦耳（）輻射通量：定義 :以輻射的形式發(fā)射、傳播或接收的功率，用以描述輻能的時(shí)間特性。單位 : 瓦特 ( ) 或焦耳 / 秒(J/S ） =1J/S輻射出度 : ）(Radiant exitance)定義

2、: 輻射體單位元表面所輻射的通量定義式 : 單位 :w/m2 (Irradiance)輻射照度 : 定義 : 被輻射的單位元表面里入射或獲得的輻射通量的多少定義式 :單位 :w/m2在時(shí)間 t 內(nèi)的積分輻照量 H e定義 : 照射到單位面元的輻照度定義式 : HetEedt0輻射強(qiáng)度（）定義：在給定傳輸方向上的單位立體角內(nèi)光源發(fā)出的輻射通量。定義式 : 單位 : 瓦/ 球面度（ W/Sr）輻亮度 : （ ) (Radiance) 定義 : 面輻射源在某一給定方向上的輻射強(qiáng)度除以該面元在垂直于該方向的 平面上的正投影面積。單位 :w/(m 2Sr)余弦輻射體 余弦輻射體的亮度和輻射出射度光量、光

3、通量、光出射度、發(fā)光強(qiáng)度、光亮度、光照度的概念、單位、意義（同輻通量）光度量和輻射度量之間的關(guān)系， 光視效能， 最大單色光視效能 單色光視效率函數(shù)最大光視效能： 明視覺(jué)條件： K m=683 lm/w 暗視覺(jué)條件： Km =1725 lm/w明視覺(jué)條件下 V ( )所對(duì)應(yīng)的峰值波長(zhǎng)為 555nm，暗視覺(jué)條件下 V( )所對(duì)應(yīng)的峰值波長(zhǎng)為 507nm3 光輻射測(cè)量中的定律 : 朗伯光源的余弦定則、距離平方反比定律 E1/E 2=r 12/r 224 黑體輻射及黑體輻射的幾個(gè)基本定律（斯特藩 恩位移定律）斯特藩 -玻耳茲曼定律5 認(rèn)識(shí)和能夠區(qū)別輻射溫度、色溫、溫度- 玻耳茲曼定律、維色溫與實(shí)際溫度

4、相差最小，亮溫度次之，輻射溫度相差最大 二、半導(dǎo)體的基本知識(shí) 1. 什么是 I 類(lèi)半導(dǎo)體 ,P 型半導(dǎo)體和 N型半導(dǎo)體 ? I 類(lèi)半導(dǎo)體不摻雜，本征 P 型摻三價(jià)元素，N型摻五價(jià)元素 2. 什么是光電效應(yīng)？外光電效應(yīng)與內(nèi)光電效應(yīng)的區(qū)別是什么 ? 金屬中的自由電子在光的照射下，吸收光能而逸出金屬表面，這 種現(xiàn)象稱(chēng)為光電效應(yīng)，如光敏電阻 內(nèi)光電效應(yīng)：在光的照射下材料的電阻率發(fā)生改變 外光電效應(yīng)：在光的照射下材料中的電子逸出材料表面的現(xiàn)象，光電發(fā)射器件3. 什么是光電發(fā)射效應(yīng)?光電發(fā)射閾值的含義是什么?它與” 逸出功” 有什么區(qū)別 ?當(dāng)物質(zhì)中的電子吸收足夠高的光子能量，電子將逸出物質(zhì)表面成 為真空中

5、的自由電子，這種現(xiàn)象稱(chēng)為光電發(fā)射效應(yīng)或稱(chēng)為外光電 效應(yīng)。只要光子的能量大于光電發(fā)射材料的光電發(fā)射閾值，閾值是能引 起光電發(fā)射效應(yīng)的臨界值， 逸出功是電子逸出金屬表面時(shí)所必須的 A ，4. 在光電效應(yīng)里面：包括內(nèi)電光與外電光效應(yīng)，都存在著一個(gè)閥值波長(zhǎng)問(wèn)題（紅限）。三、光輻射的傳播 1. 光波在大氣中的傳播 朗伯定律，大氣衰減的原因，瑞利散射定律，氣溶膠的散射特 點(diǎn)朗伯定律大氣衰減的原因：大氣分子吸收，大氣分子散射，大氣氣溶 膠衰減瑞利散射定律：氣溶膠的散射特點(diǎn) 受天氣影響大，變化復(fù)雜 什么是大氣湍流效應(yīng)？大氣湍流對(duì)光的影響。是一種無(wú)規(guī)則的漩渦運(yùn)動(dòng)， 流體質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡復(fù)雜， 圍繞某一 平均值隨機(jī)起

6、伏，隨機(jī)改變光的傳輸參量，使光束質(zhì)量受到 嚴(yán)重影響，強(qiáng)度閃爍，光束彎曲和漂移，光束彌散畸變，空間相干性退化。什么是大氣窗口？對(duì)于某些波長(zhǎng)大氣幾乎不吸收，率較高的波段叫大氣窗口 2. 光波在電光晶體中的傳播 泡克耳效應(yīng)和克爾效應(yīng)折射率橢球方程，電光張量(n12)1把近紅外分為 8 個(gè)波段，通過(guò)張量矩陣(n12)2= 111213Ex(n12)3212223313233E(n12)4414243y(12)5515253Ezn616263(n12)6計(jì)算 KDP晶體在 z 方向施加電場(chǎng)時(shí)， 其折射率橢球的變化分析 縱向電光效應(yīng)的結(jié)構(gòu)、 相位變化特點(diǎn)、 光的偏振特性變化特點(diǎn)橫向電光效應(yīng)的結(jié)構(gòu)、 相位變

7、化特點(diǎn)、 光的偏振特性變化特點(diǎn) 半波電壓的計(jì)算和意義當(dāng)光波的兩個(gè)垂直分量 Ex , E y的光程差為半個(gè)波長(zhǎng) ( 相應(yīng) 的 相 位 差 為 ) 時(shí) 所 需 要 加 的 電 壓 ， 稱(chēng) 為 “半 波 電壓”半波電壓是表征電光晶體性能的一個(gè)重要參數(shù)，這個(gè)電壓越小越好，特別是在寬頻帶高頻率情況下，半波電壓小，需要的調(diào)制功率就小。3. 光波在聲光晶體中的傳播聲波在介質(zhì)中傳播的特點(diǎn)，聲光相互作用類(lèi)型駐波，光柵，光強(qiáng)分布，拉曼- 納斯衍射，布拉格衍射拉曼- 納斯衍射條件、特點(diǎn)，布拉格衍射條件、布拉格方程、布拉格角、布拉格衍射的特點(diǎn)當(dāng)超聲波頻率較低，光波平行于聲波面入射 ( 即垂直于聲場(chǎng)傳播方向 )，聲光互

8、作用長(zhǎng)度 相反情況為布拉格衍射L 較短時(shí)，產(chǎn)生拉曼納斯衍射。聲束條件： LL0n 2/4 0 4. 光波在磁光晶體中的傳播、光波在水中的傳播磁光效應(yīng)、光隔離器原理單色平行光束在水中傳播的衰減規(guī)律 : 水前向散射、后向散射水下窗口 :在可見(jiàn)光波段，藍(lán)綠光（480 30nm）的衰減最小，穿透能力最強(qiáng)，故常稱(chēng)該波段為“水下窗口 ” 。5. 光波在光纖波導(dǎo)中的傳播 光波在各向同性介質(zhì)界面上的反射和折射的基本定律n1sinin1sinr,n1sinin2sint光纖波導(dǎo)的結(jié)構(gòu)、弱導(dǎo)條件、分類(lèi)纖芯，包層，護(hù)套。0.01, 階躍式，漸變式n1n1n2數(shù)值孔徑及其意義、計(jì)算 它代表光纖的集光本領(lǐng)。光纖的數(shù)值孔

9、徑為：NAn 1(2)1/ 2光束在光纖波導(dǎo)中的衰減及計(jì)算允許最大角sin1 m(2 n 12 n 2)1/ 2sin(m)0mn 1cosn 1cos延遲n L 2 c2202衰減10logP(dB/km )L10P o光纖的色散，產(chǎn)生的原因光纖的色散是在光纖中傳輸?shù)墓庑盘?hào)，隨傳輸距離增加， 由于不同成分的光傳輸時(shí)延不同引起的脈沖展寬的物理效應(yīng)四、光波的調(diào)制與掃描1. 光束調(diào)制原理調(diào)制的概念，載波，調(diào)制信號(hào)，按調(diào)制性質(zhì)的分類(lèi)將信息加載于激光的過(guò)程稱(chēng)之為調(diào)制完成這一過(guò)程的裝置稱(chēng)為調(diào)制器 。其中激光稱(chēng)為 載波；起控制作用的低頻信息稱(chēng)為 調(diào)制信號(hào) 。激光調(diào)制按其調(diào)制的性質(zhì)可以分為 調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相

10、及強(qiáng)度調(diào)制等。振幅調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制紅和強(qiáng)度調(diào)制的概念和特點(diǎn) 振幅調(diào)制就是載波的振幅隨著調(diào)制信號(hào)的規(guī)律而變化的振 蕩，簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)幅 頻率調(diào)制和相位調(diào)制 簡(jiǎn)稱(chēng)調(diào)頻和調(diào)相 調(diào)頻或調(diào)相就是光載波的頻率或相位隨著調(diào)制信號(hào) 的變化規(guī)律而改變的振蕩。因?yàn)檫@兩種調(diào)制波都表現(xiàn)為總相角 (t) 的變化，因此統(tǒng)稱(chēng)為角度調(diào)制強(qiáng)度調(diào)制是光載波的強(qiáng)度 光振蕩2. 電光調(diào)制( 光強(qiáng)) 隨調(diào)制信號(hào)規(guī)律而變化的激縱向電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)、原理、電光調(diào)制特性曲線(xiàn)、使調(diào)制器工作在線(xiàn)性區(qū)的措施：（1. 附加一個(gè) V /4 的固定偏壓 2. 插入 1/4 波片）縱向電光效應(yīng)優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作穩(wěn)定，無(wú)自然雙折射影響缺點(diǎn)：半波電壓太高電

11、光晶體 (KDP)置于兩個(gè)成正交的偏振器之間，其中起偏器 P1的偏振方向平行于電光晶體的 x 軸，檢偏器 P2的偏振方向平行于 y軸，當(dāng)沿晶體 z 軸方向加電場(chǎng)后，它們將旋轉(zhuǎn) 45 o 變?yōu)楦袘?yīng)主軸x,y 。因此，沿 z 軸入射的光束經(jīng)起偏器變?yōu)槠叫杏?x 軸的線(xiàn)偏振光，進(jìn)入晶體后 (z=0) 被分解為沿 x和 y方向的兩個(gè)分量，兩個(gè)振幅 (等于入射光振幅的 1/ ）和相位都相等橫向電光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)、原理、優(yōu)缺點(diǎn)橫向電光效應(yīng)：xz03 nor63 (L) Vd結(jié)構(gòu)：偏振方向與 向垂直、晶體長(zhǎng)度 優(yōu)點(diǎn)：半波電壓低Z 軸成 45 角，檢偏器方向與入射光偏振方 L，厚度 d, 電場(chǎng) Z 軸方向 V=

12、EzD 缺點(diǎn)：自然雙折射、外加電場(chǎng)產(chǎn)生相位差電光相位調(diào)制的結(jié)構(gòu)、原理3. 聲光調(diào)制聲光調(diào)制器結(jié)構(gòu)、工作原理 結(jié)構(gòu)：聲光介質(zhì)，電 - 聲換能器，反射裝置，驅(qū)動(dòng)電源 基于拉曼 - 納斯衍射和布拉格衍射的聲光調(diào)制的特點(diǎn)拉曼- 納斯sinmmkssm2ssfs(ms,01,12,)LM2P ski布拉格：sinB2 nnvIsin2L4. 了解干涉調(diào)制技術(shù)Ii2H5. 光束偏轉(zhuǎn)技術(shù) 電光掃描原理分析、 雙 KDP楔形棱鏡掃描器原理及電光偏轉(zhuǎn)角 的計(jì)算 電光數(shù)字掃描的結(jié)構(gòu)和原理 6. 空間光調(diào)制器空間光調(diào)制器的概念、類(lèi)型、應(yīng)用 泡克爾讀出光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)、原理 液晶空間光調(diào)制器的結(jié)構(gòu)、原理 五、 光源 1. 發(fā)光二極管 (LED) ，原理，特點(diǎn) LED 本質(zhì)上是一種結(jié)半導(dǎo)體器件，其發(fā)光原理為低電場(chǎng)下的 注入式電致發(fā)光：加電場(chǎng) - 載流子擴(kuò)散 - 復(fù)合發(fā)光 特點(diǎn)： 輸出光功率線(xiàn)性范圍寬 (P-I 特性) 性能穩(wěn)定 壽命長(zhǎng) 制造工藝簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉輸出光功率較小 譜線(xiàn)寬度較寬 調(diào)制頻率較低2. 半導(dǎo)體激光器 (LD) ，主要特性 P-I 特性、發(fā)射波長(zhǎng)和光譜特性（相等） 、h n =Eg 激光束的空間分布 ( 輻射特性 轉(zhuǎn)換效率和輸出光功率特性 溫度特性 噪聲特性 光功率的時(shí)間特性3. 產(chǎn)生激光的 3 個(gè)必要條件是什么 ? LD 與 LED發(fā)光機(jī)理的根本區(qū)別 是